Als Folge ergeben sich zahlreiche

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1 Dezentrale elektrische Warmwasserbereitung Teil 1 Einführung in EnEV 2009 und AUF EINEN BLICK Eine vom ZVEH und anderen Verbänden in Auftrag gegebene Studie weist nach, dass auch unter den verschärften Anforderungen von EnEV 2009 und der Einsatz einer dezentralen elektrischen Warmwasserbereitung sinnvoll bleibt. Dieser erste Beitragsteil liefert Detailinformationen zu EnEV 2009 und, der zweite Teil wird auf konkrete Anlagenbeispiele eingehen. Am trat die Neufassung der Energieeinsparverordnung (EnEV) in Kraft. Seit dem gilt für Neubauten gleichzeitig zur EnEV auch das Gesetz zur Förderung erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz ). Sowohl EnEV als auch definieren energetische Anforderungen an Gebäudehülle und Anlagentechnik. Als Folge ergeben sich zahlreiche komplexe Wechselwirkungen bei der Nachweisführung und bei der jeweiligen Pflichterfüllung. Wie hängen diese beiden Vorschriften zusammen? Wie lassen sich die Forde - rungen von EnEV und erfüllen? Quelle: Clage, Siemens, Stiebel Eltron Zusammenspiel von EnEV und Im Zusammenspiel von EnEV 2009 und bietet sich eine Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten bei der Kombination von Anlagentechnik und baulichem Wärmeschutz. Auf der Basis der Berechnungen zur EnEV erfolgt der Nachweis zur Einhaltung der Nutzungspflicht erneuerbarer Energien des. Aus den in der EnEV in Bezug genommenen Bilanzierungsverfahren DIN V oder DIN V /DIN V wird der Wärmeenergiebedarf zur Deckung des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasserbereitung eines Wohngebäudes ermittelt, nach ist ggf. auch ein Kältebedarf für die Kühlung zu berücksichtigen. Der Energieausweis gibt generell an, inwieweit die Anforderungen der EnEV erfüllt bzw. unterschritten werden. Der Prozentwert der EnEV-Unterschreitung lässt sich für den -Nachweis verwenden, wenn eine Unterschreitung der EnEV-Anforderungen vorgesehen ist. Insbesondere bei der Kombination von Nutzung erneuerbaren Energien und/oder Ersatzmaßnahmen sollte in Folge der gegenseitigen Beeinflussung der Maßnahmen die Nachweisführung zur Einhaltung des mit Hilfe einer geeigneten Software durch denjenigen erfolgen, der auch den Energieausweis erstellt. Die Hauptanforderungen aus EnEV 2009 und sowie deren Verknüpfung beim Nachweis zeigt Bild 1. Die Energieeinsparverord - nung 2009 EnEV 2009 Die Energieeinsparverordnung 2009 regelt die Anforderungen an neue und bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude. Für neue Wohngebäude gelten Anforderungen bezüglich Jahres-Primärenergiebedarf, spezifischen, auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen Transmissionswärmeverlust sowie sommerlichen Wärmeschutz. Die energetischen Anforderungen sind einzuhalten und im Energieausweis nachzuweisen. Der Jahres-Primärenergiebedarf Der Jahres-Primärenergiebedarf entspricht der Energiemenge, die zur Deckung des Jahresheizenergiebedarfs Q H und des Trinkwasserwärmebedarfs Q TW (Bedarf und Aufwand der Anlagentechnik) benötigt wird. Berücksichtigt ist die zusätzliche Energiemenge, die durch vorgelagerte Prozessketten außerhalb der Systemgrenze»Gebäude«bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung der jeweils eingesetzten Brennstoffe entsteht. Den Höchstwert des Jahres-Primärenergiebedarfs für neu zu errichtende Wohngebäude ermittelt man nach EnEV 2009 durch das Referenzgebäudeverfahren für jedes Gebäude speziell. Das Referenzgebäude ist ein fiktives Gebäude mit standardisiertem baulichen Wärmeschutz und standardisierter technischer Ausstattung. Es entspricht dem realen Gebäude hinsichtlich Geometrie, Ausrichtung und Nutzung. Die Berechnung des Primärenergiebedarfes für das geplante Gebäude 42 de 19/2010

2 und das Referenzgebäude hat nach DIN V oder nach DIN V in Verbindung mit DIN V zu erfolgen. Dabei muss man für Referenz- und geplantes Gebäude das gleiche Bilanzierungsverfahren wählen. Für die Berechung gibt es diverse kommerzielle Software-Angebote. Üb - licherweise generiert die Software parallel zur Eingabe des geplanten Gebäudes automatisch das Referenzgebäude, so dass hier kein Zusatzaufwand entsteht. Anforderungswert bei elektrischer Warmwasserbereitung Für die Ermittlung des zulässigen Jah - resprimärenergiebedarfs für die Warmwasserbereitung ist im Referenzgebäude standardmäßig die Nutzung der zentralen Heizungsanlage vorgesehen. Soll das neue Gebäude über eine elektrische Warmwasserbereitung verfügen, kann man den zulässigen Jah - res primärenergiebedarf des Referenzgebäudes abweichend bestimmen. Eine wohnungszentrale elektrische Warmwasserbereitung ohne Speicher ersetzt die zentrale Warmwasserbereitung. Der neue zulässige Höchstwert ist der sich so ergebende Jahres-Primär - energiebedarf verringert um den Korrekturwert 10,9kWh/m 2 a. Diese Regelung soll auch bei der Wahl einer elektrischen Trinkwasser - erwärmung eine Verschärfung der Primärenergieanforderung um 30% im Vergleich zur EnEV 2007 bewirken. Besondere Regeln gelten für die Be - rechnung des einzuhaltenden Jahres - primärenergiebedarfs bei der Erfüllung des über die Ersatzmaßnahme»Unterschreitung der EnEV- Anforderungen«(siehe S. 45). Spezifischer Transmissions - wärmeverlust Der spezifische Transmissionswärme - verlust stellt einen mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) unter Berücksichtigung von Temperaturfaktoren und Wärmebrückeneffekten dar. Für den auf die wärmeübertragende Umfassungsfläche bezogenen spezifischen Transmissionswärmeverlust gelten Höchstwerte nach Tabelle 1. Sommerlicher Wärmeschutz Bei der Planung neuer Wohngebäude muss man den sommerlichen Wärmeschutz einhalten, da der Verordnungsgeber davon ausgeht, dass Wohngebäude so zu errichten sind, dass keine Energieeinsparverordnung 2009 EnEV 2009 Hauptanforderungen Einhaltung des zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs Q P, zulässig und des spezifischen, auf die wärmeübertra - gende Umfassungsfläche bezogen, Transmissionswärmeverlusts, max Berechnungsverfahren DIN V oder DIN V in Verbindung mit DIN V Nachweis Energieausweis vorhandener Jahresprimärenergiebedarf und vorhandener spezifischer Trans - missionswärmeverlust Q P, Gebäude Q P, zulässig, Gebäude, max aktive Kühlung erforderlich wird. Als höchstzulässige Sonneneintragskennwerte gelten die Grenzwerte aus DIN ( ). Nebenanforderungen Neben den Hauptanforderungen der EnEV 2009 Jahres-Primärenergie - bedarf und spezifischer Transmissionswärmeverlust gelten weitere An - forderungen an neue Gebäude hinsichtlich: Dichtigkeit und Mindestluftwechsel Ausführung der Gebäudehülle dauerhaft luftundurchlässig HÖCHSTWERTE Gebäudetyp Freistehendes Wohngebäude einseitig angebautes Wohngebäude alle anderen Wohngebäude A N 350m² A N > 350m² Erweiterungen und Ausbauten von Wohngebäuden gemäß 9 Abs. 5 Neubau von Wohngebäuden Bild 1: Hauptanforderungen aus EnEV 2009 und Sicherstellung des hygienischen Mindestluftwechsels sowie Mindestwärmeschutz und Wärmebrücken Einhaltung Mindestwärmeschutz nach DIN von Bauteilen gegen Außenluft, das Erdreich oder Gebäudeteile mit wesentlich niedrigeren Innentemperaturen Berücksichtigung der Wärmebrücken, bei Einhaltung der Musterlösungen der DIN 4108 Beiblatt 2: : pauschale Berücksichtigung mit 0,05W/m 2 K Höchstwert des spez. Transmissionswärmeverlustes = 0,40W/(m²K) = 0,50W/(m²K) = 0,45W/(m²K) = 0,65W/(m²K) = 0,65W/(m²K) Tabelle 1: Maximal zulässiger spezifischer Transmissionswärmeverlust UND Erneuerbare Energien Wärmegesetz Nutzungspflicht erneuerbarer Energie solare Strahlungsenergie feste Biomasse flüssige Biomasse gasförmige Biomasse in KWK Geothermie und Umweltwärme ODER ODER Ersatzmaßnahmen Anlagen zur Nutzung von Abwärme KWK-Anlagen Maßnahmen zur Einsparung von Energie Nah- oder Fernwärme mit Anteil KWK bzw. erneuerbarer Energien beliebige Kombination erneuerbarer Energien und/oder Ersatzmaßnahmen aus EnEV-Berechnung Wärmeenergiebedarf und Deckungsanteil durch erneuerbare Energie bzw. Ersatzmaßnahme mit Mindest-Deckungsanteil Nachweis Einhaltung Mindestdeckungsanteil Einhaltung Nebenanforderungen bei Ersatzmaßnahme: Einsparung von Energie Unterschreitung von Q P, zulässig und, max prozentuale Angabe im Energieausweis Nachweis Einhaltung der Nutzungspflicht bei Kombination Summe der prozentualen Anteile der tatsächlichen Nutzung zur vorgesehenen Nutzung muss 100% ergeben Quelle: ITG de 19/

3 DOWNLOAD DER STUDIE Wer Interesse an der kompletten Studie hat, für den steht sie an verschiedenen Stellen zum Download zur Verfügung: für Innungsmitglieder unter Primärenergiefaktoren Die Berechnungen zum Jahresprimärenergiebedarf erfolgen mit dem nicht erneuerbaren Anteil des Primärenergiefaktors nach DIN V , ergänzt und angepasst entsprechend den Vorgaben der EnEV 2009 (Tabelle 2). Für flüssige und für gasförmige Biomasse kann man den nicht erneuer - baren Primärenergiefaktor von 0,5 nur dann verwenden, wenn die flüssige oder gasförmige Biomasse in einem unmit telbaren räumlichen Zusammenhang mit dem Gebäude erzeugt wird (kein kündbares Vertragsverhältnis). NORMENÜBERSICHT DIN V 4108: Wärmeschutz und Energie- Einsparung in Gebäuden Teil 1: Größen und Einheiten ( ) Teil 6: Berechnung des Jahresheizwärme- und des Jahresheizenergiebedarfs (Vornorm ; Berichtigung 1: ) DIN V 4701: Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung (Vornorm ; Änderung A ) DIN V 18599: Energetische Bewertung von Gebäuden Berechnung des Nutz-, End-, und Primärenergiebedarfs für Beheizung, Kühlung, Belüftung, Beleuchtung und Warmwasserbereitung Teil 1: Allgemeine Bilanzierungsmethodik und Definitionen, Zonierung, Bewertung der Energieträger (Vornorm ) Teil 2: Berechnung des Jahresheizwärme- und Jahreskühlbedarfs von Gebäudezonen Teil 3: Berechnung des Nutzenergiebedarfs für die energetische Luftaufbereitung Teil 4: Beleuchtung Teil 5: Berechnung von Heizsystemen Teil 6: Wohnungslüftungsanlagen und Luftheizungsanlagen für den Wohnungsbau»de«-Abonnenten finden den Link zur Studie bei der Online-Version des Beitrags unter Archiv Übersicht de 19/2010 Erneuerbare-Energien-Wärme - gesetz Das enthält die Pflicht zur Nutzung erneuerbarer Energien zur an - teiligen Deckung des Wärmeenergiebedarfes im Neubau. Nach 2 gelten als erneuerbare Energien: technisch nutzbar gemachte solare Strahlungsenergie aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse erzeugte Wärme dem Erdboden entnommene Wärme (Geothermie) der Luft oder dem Wasser entnommene Wärme mit Ausnahme von Abwärme (Umweltwärme) Teil 7: Raumlufttechnik und Klimakälte Teil 8: Berechnung der Warmwassersysteme Teil 9: Berechnung multifunktionaler Erzeugungsprozesse Teil 10: Randbedingungen (Vornorm ) : Erneuerbare-Energien- Wärmegesetz Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich vom 7. August 2008 (Bundesgesetzblatt Jahrgang 2008, Teil I, Nr. 36) EnEV 2009: Energieeinsparverordnung Verordnung zur Änderung der Energieeinsparverordnung vom EnEV 2009 (Bundesgesetzblatt Jahrgang 2009 Teil I Nr. 23) Fachkommission»Bautechnik«der Bauministerkonferenz Auslegung zur Energieeinsparverordnung Teil 12 VDI 4650: Berechnung von Wärmepumpen Blatt 1: Kurzverfahren zur Berechnung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpenanlagen Elektro-Wärmepumpen zur Raumheizung und Warmwasserbereitung ( ) Die in 3 beschriebene Nutzungspflicht im Neubau kann durch eine der folgenden Maßnahmen erfüllt werden: mindestens 15%ige Deckung des Wärmeenergiebedarfs durch Solarwärme bzw. Einhaltung einer Mindestkollektorfläche (nur Wohngebäude), Kollektoren mit Solar Keymark mindestens 30%ige Deckung des Wärmeenergiebedarfs durch gasförmige Biomasse unter Voraussetzung der Nutzung in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) Wärmeenergiebedarfs durch feste Biomasse in Kessel mit Mindestwirkungsgrad Wärmeenergiebedarfs durch nachhaltige flüssige Biomasse in Brennwertkessel Wärmeenergiebedarfs aus Geothermie Wärmeenergiebedarfs durch Um welt - wärme Als Ersatzmaßnahmen zur Erfüllung des gelten: Wärmeenergiebedarfs aus Abwärme oder hocheffizienten KWK-Systemen mindestens 15%ige Unterschreitung der EnEV-Anforderungen: Primär - energiebedarf q P und Wärmedämmung der Gebäudehülle,max Nah- oder Fernwärmeversorgung, wenn die Wärme zu einem wesentlichen Anteil aus erneuerbaren Energien oder zu mindestens 50% aus Abwärme oder zu mindestens 50% aus KWK oder aus einer Kombination der vorstehenden Maßnahmen stammt. Die jeweiligen Anteile und technischen Mindestanforderungen zur Erfüllung des durch erneuerbare Energien bzw. durch Ersatzmaßnahmen fasst Tabelle 3 zusammen. Bestimmung der Deckungsanteile am Wärmeenergiebedarf Für die Ermittlung der jeweiligen Deckungsanteile erneuerbarer Energien bzw. die Nutzung von Ersatzmaßnahmen muss der Wärmeenergiebedarf entsprechend EnEV nach DIN V oder DIN V in Verbindung mit DIN V ermittelt werden. Der Wärme energiebedarf ist die zur Deckung des Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasserbereitung sowie des Kältebedarfs für Kühlung 44 de 19/2010

4 jeweils einschließlich der Aufwände für Übergabe, Verteilung und Speicherung jährlich benötigte Wärmemenge. Der Wärmeenergiebedarf für die Heizung enthält schon die Gutschrift für den Beitrag der Lüftungsanlage am Heizwärmebedarf. Bei der Berechnung des jeweiligen Deckungsanteils muss generell der Bezug auf den gesamten Wärmeenergiebedarf einschließlich Lüf tungsbeitrag am Heizwärmebedarf erfolgen. Kombination von Maßnahmen Erneuerbare Energien und Ersatzmaßnahmen können untereinander und miteinander kombiniert werden (auch mehr als zwei Maßnahmen). Dabei müssen die prozentualen Anteile der tatsächlichen Nutzung der einzelnen erneuerbaren Energien und Ersatzmaßnahmen im Verhältnis zu der nach vorgeschriebenen Nutzung in der Summe 100 ergeben. Der Nachweis der Einhaltung des bei Kombination von Nutzung erneuerbarer Energien und Ersatzmaßnahmen kann nur mit einer geeigneten Software erfolgen, da durch die gegenseitige Beeinflussung der Maßnahmen die Mindestwerte nur iterativ ermittelt werden können. Ersatzmaßnahme: Unterschreitung der EnEV-Anforderungen Soll die Erfüllung des ganz oder anteilig durch die Ersatzmaßnahme»Unterschreitung der EnEV- Anforderungen«eingehalten werden, muss der Jahresprimärenergiebedarf des geplanten Gebäudes die EnEV- Anforderungen um mindestens 15% unterschreiten. In diesem Fall erfolgt bei der Fest - legung des zulässigen Jahres-Primär - energiebedarfs nach EnEV parallel keine Verringerung des Gebäudereferenzwertes um den Korrekturwert 10,9kWh/m 2 a. Für das konkrete Gebäude muss der Wärmeschutz der Gebäudehülle so verbessert werden, dass der maximal zulässige spezifische Transmissionswärmeverlust entsprechend Tabelle 1 um 15% unterschritten wird. PRIMÄRENERGIEFAKTOREN Energieträger Brennstoffe Primärenergiefaktor nicht erneuerbarer Anteil Heizöl EL/Erdgas 1,1 Holz 0,2 Nah-/Fernwärme aus KWK Nah-/Fernwärme aus Heizwerken fossiler Brennstoff 0,7 erneuerbarer Brennstoff 0,0 fossiler Brennstoff 1,3 erneuerbarer Brennstoff 0,1 Strom Strom-Mix 2,6 Biogene Brennstoffe Biogas, Bioöl 0,5 Umweltenergie Solarenergie, Umgebungswärme 0,0 Tabelle 2: Primärenergiefaktoren nach DIN V Einhaltung der technischen Mindestanforderungen Die Einhaltung der technischen Mindestanforderungen beim Einsatz er - neuerbarer Energien bzw. der Durchführung von Ersatzmaßnahmen ist je nach Art der technischen Anforderung durch einen Sachkundigen, den Hersteller, den Fachunternehmer oder den Energielieferanten zu erbringen. Spezielle Anforderungen werden an die Nutzung von Wärmepumpen zur Erfüllung des gestellt. Die durch die Wärmepumpe nutzbar gemachte Wärmeenergie muss mindestens mit den in Tabelle 3 angeführ - ten Jahresarbeitszahlen bereitgestellt werden. Für den Nachweis nach hat die Berechnung der Wärmepumpen-Jahresarbeitszahl nach den anerkannten Regeln der Technik unter Berücksichtigung der Klimaregion zu erfolgen. Üblicherweise wird für Heizwärmepumpen dazu die VDI 4650 (März 2009) verwendet. Die Berechde 19/2010

5 ERFÜLLUNG DES EEWÄRMEG Erfüllung zu 100% durch Mindestanteil Anforderungen solare Strahlungsenergie 15% Kollektoren mit Zertifizierung»Solar Keymark«Einhaltung Mindestkollektorfläche Kollektoren mit Zertifizierung»Solar Keymark«und A C =0,04 A N (1 2WE) bzw. A C =0,03 A N (>2WE) Erneuerbare Energien feste Biomasse 50% Einhaltung der Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen Kessel-Wirkungsgrad 86% (bis 50kW) bzw. 88% (über 50kW) flüssige Biomasse 50% Erfüllung Nachhaltigkeitsverordnung Einsatz mit Brennwertkessel gasförmige Biomasse in KWK 30% Nutzung in KWK-Anlagen, Anforderungen wie KWK-Anlagen Einhaltung bestimmter Nachhaltigkeitsanforderungen an Biogas Geothermie und Umweltwärme 50% Einhaltung Mindest- E-WP Luft E-WP Sole Gas-WP Jahresarbeitszahl nur Heizung 3,50 4,00 1,20 Heizung und TWE 3,30 3,80 1,20 Wärmemengen- und Stromzähler zur Berechnung der JAZ (Befreiung bei Sole- und Wasser-WP, wenn Vorlauftemperatur nicht größer als 35 C) Ersatzmaßnahme Anlagen zur Nutzung von Abwärme 50% Abwärmenutzung durch Wärmepumpen -> Anforderungen wie Geothermie und Umweltwärme Abwärmenutzung mittels Wärmeübertrager in zentraler Lüftungsanlage: WRG-Grad 70%, Leistungszahl 10 KWK-Anlagen 50% Nutzung hocheffizienter KWK-Anlagen, d.h. Primärenergieeinsparung gegenüber einer getrennten Erzeugung von Wärme und Strom Maßnahmen zur Einsparung von Energie 15% EnEV % Nah- oder Fernwärme mit Anteil erneuerbarer Energien Nah- oder Fernwärme mit oben stehenden Anteilen und Anforderungen an erneuerbarer Energie bzw. Ersatzmaßnahmen Tabelle 3: Anforderungen für Wohngebäude nung der Jahresarbeitszahlen für Heizung und Warmwasser kann jedoch auch nach DIN V erfolgen, allerdings sind bei der - Berechnung (im Gegensatz zum EnEV- Nachweis) standortspezifische Klima - daten zu verwenden. Die Berücksichtigung einer elektrischen Nachheizung (monoenergetischer Betrieb) bei der Berechnung der Gesamtjahresarbeitszahl ist nicht eindeutig geregelt. Nach VDI 4650 ist diese bei der Berechnung zu berücksichtigen, wenn ab einer bestimmten Außentemperatur die elektrische Zusatzheizung für Heizung bzw. Warmwasserbereitung in Betrieb geht. Ein getrennt arbeitender Wärmeerzeuger, z. B. ein Öl-Spitzenlastkessel oder eine raumweise elektrische Di - rektheizung, wird bei der Berechnung der Jahresarbeitszahl jedoch nicht berücksichtigt. Zur Berechnung der Jahresarbeitszahl gilt mit Ausnahme von Sole-Wasser- und Wasser-Wasser- Wärmepumpen mit einer nachgewiesenen Vorlauftemperatur von maximal 35 C zusätzlich die Pflicht zum Einbau eines Wärmemengen- und Stromzählers. Nachweisführung Die Einhaltung des kann je nach gewählter Option zur Erfüllung der Nutzungspflicht erneuerbarer Energien oder Ersatzmaßnahmen un - terschiedlich nachgewiesen werden. Nachweisberechtigt sind alle Sachkundige, die nach der Energieeinspar - verordnung (EnEV) Energieausweise ausstellen können. Beim Einsatz be - stimmter Energieformen können die Nachweise auch durch den Anlagenhersteller oder durch den Fachunternehmer erbracht werden, der die Anlage errichtet hat. Die Eigentümer von neu gebauten Wohngebäuden sind verpflichtet diese Nachweise innerhalb von drei Monaten ab Inbetriebnahme der Heizungsanlage des neuen Gebäudes zu erbringen. (Fortsetzung folgt) Dipl.-Ing. Bettina Mailach, Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz, beide ITG Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden, Forschung und Anwendung GmbH 46 de 19/2010